DE102014009151A1 - High-speed radiography for determining the energy emitted by projectiles - Google Patents

High-speed radiography for determining the energy emitted by projectiles Download PDF

Info

Publication number
DE102014009151A1
DE102014009151A1 DE102014009151.1A DE102014009151A DE102014009151A1 DE 102014009151 A1 DE102014009151 A1 DE 102014009151A1 DE 102014009151 A DE102014009151 A DE 102014009151A DE 102014009151 A1 DE102014009151 A1 DE 102014009151A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
projectile
fragments
ray
beam path
determined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102014009151.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Sascha Danninger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RWS GmbH
Original Assignee
RUAG Ammotec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RUAG Ammotec GmbH filed Critical RUAG Ammotec GmbH
Priority to DE102014009151.1A priority Critical patent/DE102014009151A1/en
Publication of DE102014009151A1 publication Critical patent/DE102014009151A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B35/00—Testing or checking of ammunition
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B42/00—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means
    • G03B42/02—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means using X-rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P3/68—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01P3/685—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light for projectile velocity measurements

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Ermittlung der abgegebenen Gesamtenergie von Geschossen in einem Weichziel, mit einem Gelatineblock (2) in der Schussachse (7) des Geschosses. Damit auch Risse erfasst werden, die mit dem menschlichen Auge nicht zu erkennen sind und die Messung der abgegebenen Energie unabhängig vom Bediener ist, wird vorgeschlagen, dass der Gelatineblock (2) im Strahlengang (6) einer Röntgenquelle (1) angeordnet ist, dessen Strahlengang (6) senkrecht zur Schussachse (7) verläuft und im Strahlengang (6) hinter dem Gelatineblock (2) ein Röntgendetektor oder ein Szintillator (3) angeordnet ist.The invention relates to a measuring arrangement for determining the total energy emitted by projectiles in a soft target, with a gelatin block (2) in the axis (7) of the projectile. So that cracks are also detected that cannot be seen with the human eye and the measurement of the energy emitted is independent of the operator, it is proposed that the gelatin block (2) be arranged in the beam path (6) of an X-ray source (1) whose beam path (6) runs perpendicular to the shot axis (7) and an X-ray detector or a scintillator (3) is arranged in the beam path (6) behind the gelatin block (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Ermittlung der abgegebenen Gesamtenergie von Geschossen in einem Weichziel mit einem Gelatineblock in der Schussachse des Geschosses, ein zugehöriges Verfahren und eine erfindungsgemäße Verwendung.The invention relates to a measuring arrangement for determining the total energy output of projectiles in a soft target with a gelatin block in the firing axis of the projectile, an associated method and an inventive use.

Bei der Beurteilung eines Geschosses (Projektils) ist dessen Gesamtenergieabgabe in einem Weichziel (zum Beispiel Wild) ein entscheidendes Merkmal und wird daher, insbesondere beim Hersteller des Geschosses, ermittelt.When assessing a bullet (projectile), its total energy output in a soft target (for example game) is a decisive characteristic and is therefore determined, in particular at the manufacturer of the projectile.

Bisher wird zur Abschätzung der Gesamtenergieabgabe von Geschossen im Weichziel Gelatine beschossen und dort über den (angenommenen) Zusammenhang zwischen Risslängen (senkrecht zur Schussachse) und Energie die abgegebene Energie pro Weglänge in Gelatine ermittelt. Die Risslängenauswertung wird manuell durchgeführt.Until now, gelatin was bombarded in order to estimate the total energy output of projectiles in the soft target, where it was determined via the (assumed) relationship between crack lengths (perpendicular to the firing axis) and energy that the emitted energy per path length in gelatine. The crack length evaluation is performed manually.

Das Hauptproblem (aus wissenschaftlicher Sicht) ist der nicht gesicherte Zusammenhang zwischen den Risslängen und der abgegebenen Energie. Zum einen ist der Zusammenhang der Risslängen mit dem Volumen der temporären Wundhöhle im Weichziel mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit hochgradig nichtlinear (Mischung aus plastischer und elastischer Verformung, Richtungsabhängigkeit, Inhomogenität der Gelatine, etc.) und zum anderen resultiert schon die temporäre Wundhöhle nicht aus der abgegebenen Energie, sondern aus dem abgegebenen Impuls (aufgrund Reibung, Vibration, etc. gibt es Energieverluste, die nicht in den abgegebenen Impuls eingehen).The main problem (from a scientific point of view) is the unrelated relationship between the crack lengths and the energy delivered. On the one hand, the relationship of the fracture lengths with the volume of the temporary wound cavity in the soft target is very highly nonlinear (mixture of plastic and elastic deformation, directional dependence, inhomogeneity of gelatin, etc.) and on the other hand, even the temporary wound cavity does not result from the released wound cavity Energy, but from the given impulse (due to friction, vibration, etc., there are energy losses that do not enter into the given impulse).

Die Kalibrierung auf die vZiel(-vRest), wobei vZiel die Geschwindigkeit ist die das Geschoss vor dem Eintreten in den Gelatineblock hat und vRest die Geschwindigkeit ist, die es nach dem Austritt aus dem Zielmedium hat, des Geschosses bringt nur etwas, wenn die Reibungsverluste etc. unabhängig von der Geschwindigkeit wären, was nicht zutrifft. Die (abgegebene) Gesamtenergie ist damit zwar wieder korrekt – aber die ist ja auch schon ohne die Auswertung der Risslängen bekannt.The calibration on the vZiel (-vRest), where vZiel is the velocity that the bullet has before entering the gelatin block and vRest is the velocity it has after exiting the target medium, will only bring something down to the bullet if the friction losses etc. regardless of the speed, which is not true. Although the (total) energy is correct again - but that is already known without the evaluation of the crack lengths.

Das nächste Problem ist die Reproduzierbarkeit der manuellen Risslängenauswertung aufgrund der unterschiedlichen Interpretationen der Bediener bzw. der Personen, die die Auswertung durchführen.The next problem is the reproducibility of the manual crack length evaluation due to the different interpretations of the operators or persons performing the evaluation.

Hier ist auch eine generelle Schwierigkeit, dass nur Risslängen ab einer bestimmten Größe erfasst werden. Dadurch kann die Energie von kleinen Geschossfragmenten (die vor allem lokal sehr hohe Impulsüberträge einbringen) nicht mehr berücksichtigt werden.Here is also a general difficulty that only crack lengths above a certain size are detected. As a result, the energy of small projectile fragments (which, above all, bring in locally very high momentum transfers) can no longer be taken into account.

Zuletzt ist das Verfahren wirtschaftlich gesehen nicht optimal, da der Auswerteaufwand mit 1–2 Stunden pro Gelatineblock sehr hoch ist.Finally, the method is economically not optimal, since the evaluation effort with 1-2 hours per gelatin block is very high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass auch Risse erfasst werden, die mit dem menschlichen Auge nicht zu erkennen sind und die Messung der abgegebenen Energie unabhängig vom Bediener ist. Zusätzlich soll das verwendete Verfahren, was an sich aus dem Stand der Technik für andere Anwendungen bekannt ist, beschrieben werden.The invention has for its object to improve a measuring arrangement according to the preamble of claim 1 so that cracks are detected, which are not visible to the human eye and the measurement of the energy emitted is independent of the operator. In addition, the method used, which is known per se from the prior art for other applications, will be described.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich der Messanordnung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention the object is achieved with respect to the measuring arrangement by the features of claim 1.

Dadurch, dass der Gelatineblock im Strahlengang einer Röntgenquelle angeordnet ist, dessen Strahlengang senkrecht zur Schussachse verläuft und im Strahlengang hinter dem Gelatineblock ein Röntgendetektor oder ein Szintillator angeordnet ist, werden auch Risse erfasst, die mit dem menschlichen Auge nicht zu erkennen sind und die Messung der abgegebenen Energie ist unabhängig vom Bediener.Characterized in that the gelatin block is arranged in the beam path of an X-ray source whose beam path is perpendicular to the firing axis and in the beam path behind the gelatin block, an X-ray detector or a scintillator is arranged, are also detected cracks that are not visible to the human eye and the measurement of Energy delivered is independent of the operator.

Erfindungsgemäß kann die Messanordnung einen Röntgendetektor oder einen Szintillator im Strahlengang hinter dem Gelatineblock enthalten. Zur Auswertung ist der Röntgendetektor mit einem Auswerte-Computer verbunden.According to the invention, the measuring arrangement may contain an X-ray detector or a scintillator in the beam path behind the gelatin block. For evaluation, the X-ray detector is connected to an evaluation computer.

Bevorzugt ist jedoch die Ausführungsform bei der ein Szintillator im Strahlengang hinter dem Gelatineblock angeordnet ist. Unter einem Szintillator wird ein Körper verstanden, dessen Moleküle beim Durchgang von energiereichen Photonen oder geladenen Teilchen durch Stoßprozesse angeregt werden und die Anregungsenergie in Form von Licht (meist im UV- oder sichtbaren Bereich) wieder abgeben.However, the embodiment in which a scintillator is arranged in the beam path behind the gelatin block is preferred. A scintillator is understood to mean a body whose molecules are excited by impact processes when high-energy photons or charged particles pass through and release the excitation energy in the form of light (usually in the UV or visible range).

Zur Auswertung ist im optischen Strahlengang des Szintillators zumindest eine Highspeed-Kamera, in bestimmten Ausführungsformen auch mehr als eine Highspeed-Kamera, angeordnet, die mit einem Auswerte-Computer verbunden ist/sind. Zur Auswertung wird ein Highspeed-Video vom Eintritt des Geschosses in die Gelatine bis zum Stillstand des Geschosses oder aller Geschossfragmente oder bis zum Austritt des Geschosses oder der Geschossfragmente aus dem Gelatineblock aufgenommen. Das Verfahren wird weiter unten beschrieben.For evaluation, at least one high-speed camera, in certain embodiments also more than one high-speed camera, is arranged in the optical beam path of the scintillator and is / are connected to an evaluation computer. For evaluation, a high-speed video from the entrance of the bullet into the gelatin to the standstill of the projectile or all bullet fragments or until taken to the exit of the projectile or the projectile fragments from the gelatin block. The method will be described below.

Bei der Messanordnung mit dem Röntgendetektor anstatt dem Szintillator wird zur Auswertung ebenfalls ein Highspeed-Video vom Eintritt des Geschosses in die Gelatine bis zum Stillstand des Geschosses oder aller Geschossfragmente oder bis zum Austritt des Geschosses oder der Geschossfragmente aus dem Gelatineblock aufgenommen.In the measurement arrangement with the X-ray detector instead of the scintillator, a high-speed video from the entrance of the projectile into the gelatin up to the standstill of the projectile or all projectile fragments or up to the exit of the projectile or the projectile fragments from the gelatin block is also recorded.

Damit die Strahlung der Röntgenquelle die Highspeed-Kamera nicht beschädigt, ist bevorzugt im optischen Strahlengang des Szintillators ein Umlenkspiegel angeordnet und befindet sich die zumindest eine Highspeed-Kamera im umgelenkten optischen Strahlengang.So that the radiation of the X-ray source does not damage the high-speed camera, a deflection mirror is preferably arranged in the optical beam path of the scintillator and the at least one high-speed camera is located in the deflected optical beam path.

Die Röntgenquelle ist eine kontinuierliche Röntgenquelle oder eine Röntgenblitzquelle (getaktete Röntgenquelle), wodurch die abgegebene Energie leichter erhöht werden kann.The X-ray source is a continuous X-ray source or an X-ray flash source (clocked X-ray source), which makes it easier to increase the energy delivered.

In einer Ausführungsform erfolgt durch einen Computertomographen eine Bestimmung der Form der Geschossfragmente im Gelatineblock. Hieraus lässt sich die Masse der Geschossfragmente bestimmen, siehe hierzu weiter unten.In one embodiment, a computer tomograph is used to determine the shape of the projectile fragments in the gelatin block. From this, the mass of the projectile fragments can be determined, see below.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der abgegebenen Gesamtenergie von Geschossen mit einer Messanordnung, wie sie eben beschrieben wurde, ist dadurch gekennzeichnet,

  • – dass ab Eindringen des Geschosses in den Gelatineblock bis zu seinem oder bis zum Stillstand aller Geschossfragmente oder bis zum Austritt des Geschosses oder der Geschossfragmente aus dem Gelatineblock über eine Highspeed-Röntgenographie die in einem bestimmten Zeitraum delta_t (Frame) zurückgelegte Wegstrecke delta_x des Geschosses oder aller Geschossfragmente bestimmt wird und daraus die im Zeitraum delta_t gewesene Einzelgeschwindigkeit v berechnet wird aus v = delta_x/delta_t,
  • – dass die Masse m des Geschosses oder aller Geschossfragmente bestimmt wird,
  • – dass aus dem Produkt 0,5·m·v2 die Gesamtenergie aller Frames aus den Einzelgeschwindigkeiten berechnet wird,
  • – dass der Energieverlust pro einzelnem Frame aus der Gesamtenergie pro Frame ermittelt wird und
  • – die Summe aller Energieverluste die abgegebene Gesamtenergie darstellt.
The inventive method for determining the total energy output of projectiles with a measuring arrangement, as just described, is characterized in that
  • - That from penetration of the projectile into the gelatin block until its or until the standstill of all projectile fragments or until the exit of the projectile or the projectile fragments from the gelatin block via a high-speed X-ray in a certain period of time delta_t (frame) distance traveled delta_x the projectile or of all projectile fragments is determined and from this the individual velocity v, which has been obtained in the period delta_t, is calculated from v = delta_x / delta_t,
  • - that the mass m of the projectile or of all projectile fragments is determined,
  • That the total energy of all frames from the individual speeds is calculated from the product 0.5 · m · v 2 ,
  • - That the energy loss per individual frame from the total energy per frame is determined and
  • - the sum of all energy losses represents the total energy delivered.

Bevorzugt wird aus der sichtbaren Projektionsfläche des Geschosses oder der Geschossfragmente deren Volumen V und über die bekannte Dichte des Materials des Geschosses oder der Geschossfragmente deren Masse m bestimmt aus m = Dichte·Volumen.From the visible projection surface of the projectile or the projectile fragments, their volume V and, via the known density of the material of the projectile or of the projectile fragments, their mass m is preferably determined from m = density · volume.

Die Geschwindigkeiten, die Einzelenergien und die Gesamtenergie wird mit einer an sich bekannten Tracking-Software ermittelt, die auf den Auswerte-Computern läuft.The speeds, the individual energies and the total energy is determined with a known per se tracking software that runs on the evaluation computers.

In einer Ausführungsform wird der Röntgenkontrast zur Ermittlung der Masse des Geschosses oder der Geschossfragmente verwendet, wobei der Röntgenkontrast das Produkt aus der Dichte des Materials des Geschosses oder der Geschossfragmente und der Materialdicke ist.In one embodiment, the X-ray contrast is used to determine the mass of the projectile or projectile fragments, where the X-ray contrast is the product of the density of the material of the projectile or of the projectile fragments and the material thickness.

Alternativ wird nach dem Schuss bevorzugt durch einen Computertomographen die exakte Form des Geschosses oder der Geschossfragmente und daraus das Volumen und damit die Masse bestimmt.Alternatively, after the shot, preferably by means of a computer tomograph, the exact shape of the projectile or of the projectile fragments and, therefrom, the volume and thus the mass are determined.

Bevorzugt erfolgt eine Korrektur von Parallaxenfehlern über eine Ermittlung der Verzerrung durch ein Kalibrier-Raster an verschiedenen Stellen im Strahlengang und Interpolation zwischen diesen Stellen.A correction of parallax errors preferably takes place via a determination of the distortion by means of a calibration grid at different points in the beam path and interpolation between these points.

In einer Ausführungsform werden zur Auswertung lediglich die Schwerpunktgeschwindigkeiten gemessen.In one embodiment, only the center of gravity speeds are measured for evaluation.

In einer Ausführungsform werden die Messungen von zwei zueinander versetzt angeordneten Highspeed-Kameras durchgeführt.In one embodiment, the measurements are performed by two mutually offset high-speed cameras.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung eines Gelatineblocks, einer Röntgenquelle, eines Szintillators, einer Highspeed-Kamera und eines Auswerte-Computers mit einer Tracking-Software zur Ermittlung der abgegebenen Gesamtenergie von Geschossen bzw. deren Geschossfragmenten im Gelatineblock.According to the invention, the use of a gelatin block, an X-ray source, a scintillator, a high-speed camera and an evaluation computer with tracking software for determining the total energy output of projectiles or their projectile fragments in the gelatin block.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die abgegebene Energie direkt durch den Geschwindigkeitsverlust des Geschosses im Weichziel über eine bestimmte Wegstrecke ermittelt.In the present invention, the energy delivered is determined directly by the velocity loss of the projectile in the soft target over a certain distance.

Hierzu wird ein Highspeed-Video vom Durchflug des Geschosses oder der Geschossfragmente durch die Gelatine aufgenommen. Durch Tracking-Software kann die Position des Geschosses bzw. der Geschossfragmente in jedem Frame (d. h. zu jedem Zeitpunkt, quantisiert durch die zeitliche Auflösung der Highspeed-Aufnahme) bestimmt werden. Nun ist die Position des Geschosses/der Fragmente zu bestimmten Zeitpunkten bekannt – hieraus werden dann der Geschwindigkeitsabfall und damit der Energieverlust ermittelt.For this purpose, a high-speed video is taken of the passage of the projectile or the projectile fragments through the gelatin. Tracking software can determine the position of the projectile or bullet fragments in each frame (i.e., at any time, quantized by the temporal resolution of the high-speed recording). Now the position of the projectile / fragments is known at certain times - from this the speed drop and thus the energy loss are determined.

Geeignete Tracking-Software bzw. Algorithmen sind für andere Anwendungen bekannt und es kann somit auf proprietäre bzw. OpenSource-Software zurückgegriffen werden.Suitable tracking software or algorithms are known for other applications and it can therefore be used on proprietary or open source software.

Aufgrund der Transparenz von Gelatine wäre es möglich, den Geschwindigkeitsverlust der Geschosse bzw. der Geschossfragmente auf rein optischem Weg über eine Highspeed-Kamera zu ermitteln. Dies ist in einem gewissen Rahmen auch möglich. Aufgrund der optischen Verzerrungen wegen der sich verformenden Gelatine mit ihrem von der Luft abweichenden Brechungsindex sowie dem insgesamt eher schlechten Kontrast ergibt sich im Normalfall ein Fehler von ca. 30% (hochfrequentes Rauschen wegen des Kontrastes und niederfrequentes Rauschen wegen der Verzerrung), der sich nicht (zumindest nicht trivial) über eine Auswertesoftware kompensieren lässt.Due to the transparency of gelatin, it would be possible to reduce the velocity of the projectiles or the projectile fragments in a purely optical way via a high-speed camera determine. This is possible to a certain extent. Due to the optical distortions due to the deforming gelatin with its refractive index deviating from the air as well as the overall rather poor contrast, an error of about 30% normally results (high-frequency noise due to the contrast and low-frequency noise due to the distortion), which does not (at least not trivial) can be compensated via an evaluation software.

Erfindungsgemäß wird die weitgehende Durchlässigkeit des gewünschten Mediums für Röntgenstrahlung genutzt. Hierzu ist es nötig, die Röntgenstrahlung über einen Szintillator für die Highspeed-Kamera sichtbar zu machen. Ein für Röntgenstrahlung empfindlicher Sensor ist teurer.According to the invention, the extensive permeability of the desired medium is used for X-radiation. For this purpose, it is necessary to make the X-ray radiation visible via a scintillator for the high-speed camera. An X-ray sensitive sensor is more expensive.

Bei der Verwendung eines Szintillators ist der Kompromiss zwischen Auflösung und Empfindlichkeit zu beachten (dicke Szintillatoren sind empfindlicher aber weniger hoch auflösend). Außerdem ist auf eine ausreichende Geschwindigkeit (kurze Nachleuchtdauer) des Szintillators zu achten (Nachleuchtdauer < 1 μs), was nicht zwingend, aber oft eine geringere Empfindlichkeit mit sich bringt.When using a scintillator the trade-off between resolution and sensitivity has to be considered (thick scintillators are more sensitive but less high resolution). It is also important to ensure a sufficient speed (short afterglow period) of the scintillator (persistence <1 μs), which does not necessarily, but often brings a lower sensitivity with it.

Um die Highspeed-Kamera vor der Röntgenstrahlung zu schützen, kann ein Umlenkspiegel/Prisma in den optischen Strahlengang gestellt werden. Dadurch befindet sich die Highspeed-Kamera nicht im Strahlengang der Röntgenquelle und kann durch die Röntgenstrahlung nicht beschädigt werden. Somit kann eine deutlich höhere Röntgenintensität genutzt werden (möglich z. B. über eine Röntgenblitzquelle, oder eine getaktete Röntgenquelle).In order to protect the high-speed camera from X-rays, a deflecting mirror / prism can be placed in the optical beam path. As a result, the high-speed camera is not located in the beam path of the X-ray source and can not be damaged by the X-ray radiation. Thus, a significantly higher X-ray intensity can be used (possible, for example, via an X-ray flash source or a clocked X-ray source).

Zur Bewertung der Grenzen des neuen Verfahrens ist das Folgende zu sagen:
Völlig unkritisch sind alle massestabilen Geschosse – hier entspricht der Fehler direkt der optischen bzw. zeitlichen Auflösung der Highspeed-Kamera. Abweichungen von der Schussachse werden im 2d-Verfahren nicht berücksichtigt – das ist aber auch unkritisch, da der Energieverlust sowieso nur über der Schussachse aufgetragen wird, und so in jedem Fall der Energieverlust über diese Achse korrekt gemessen wird.To evaluate the limits of the new process, the following should be said:
Completely uncritical are all mass-stable projectiles - here the error corresponds directly to the optical or temporal resolution of the high-speed camera. Deviations from the firing axis are not taken into account in the 2d process - but this is also not critical, since the energy loss is anyway applied only over the firing axis, and so in any case, the energy loss is measured correctly on this axis.

Bei monolithischen bzw. mantellosen Teilzerlegern (Teilzerlegungsgeschossen) kommt eine weitere Fehlerquelle hinzu: Bei allen Bruchstücken muss die Masse bestimmt werden. Hierzu wird das Volumen über die sichtbare Projektionsfläche bestimmt und über die bekannte Dichte die Masse der Bruchstücke bestimmt. Der Fehler kommt hier durch die unbekannte Form der Teilchen in Richtung der Röntgenquelle zustande. Der Fehler liegt allerdings (in der Regel) im niedrigen einstelligen Prozentbereich.In the case of monolithic or undraped partial decomposers (subdivision projectiles), another source of error is added: For all fragments, the mass must be determined. For this purpose, the volume over the visible projection surface is determined and determines the mass of the fragments on the known density. The error is due to the unknown shape of the particles in the direction of the X-ray source. However, the error is (usually) in the low single-digit percentage range.

Bei Teilzerlegern mit Geschossmantel kommt ein größerer Fehler hinzu: Da die Masse der Geschossbruchstücke über die Projektionsfläche bestimmt wird, sind flache Mantelstücke sehr problematisch. Diese haben zum einen eine geringere Dichte und zum anderen bei ungünstiger Lage eine sehr große sichtbare Fläche bei gleichzeitig sehr kleiner unsichtbarer Dicke. Dieser Fehler kann durch Gewichtung der extrapolierten Masse mit dem Röntgenkontrast eliminiert werden. Der Röntgenkontrast ist das Produkt aus Materialdichte und Materialdicke – hierdurch sollte also auch dieser Fehler auf den unteren einstelligen Prozentbereich gedrückt werden können.In the case of partial separators with a projectile casing, a larger error is added: Since the mass of the projectile fragments is determined by the projection surface, flat casing pieces are very problematic. On the one hand, they have a lower density and, on the other hand, in the case of an unfavorable position, they have a very large visible surface and, at the same time, a very small invisible thickness. This error can be eliminated by weighting the extrapolated mass with the X-ray contrast. The X-ray contrast is the product of material density and material thickness - so this error should be able to be pressed down to the lower single-digit percentage range.

Hierzu ist festzustellen, dass beim herkömmlichen Verfahren kleine Stücke überhaupt nicht berücksichtigt werden (kleine Risse sind nicht sichtbar und die kleinen Stücke werden nicht gewogen).It should be noted that in the conventional method, small pieces are not considered at all (small cracks are not visible and the small pieces are not weighed).

Gegebenenfalls kann die exakte Form der Geschossbruchstücke/Mantelstücke über CT nach dem Schuss bestimmt werden (statische Messung).If necessary, the exact shape of the projectile fragments / jacket pieces can be determined via CT after the shot (static measurement).

Über eine zweite Highspeed-Kamera kann auch von einer 2d-Aufnahme auf eine 2½d-Aufnahme, bzw. über noch mehr Kameras auf eine tatsächliche 3d-Aufnahme erweitert werden. Hier kann dann sowohl die Geschossform exakt, als auch Energieverlust parallel zum Strahlengang ermittelt werden.A second high-speed camera can also be extended from a 2d recording to a 2½d recording, or even more cameras to an actual 3d recording. Here then both the bullet shape can be determined exactly as well as energy loss parallel to the beam path.

Um die Verzerrung durch die Linse der Highspeed-Kamera (an den Bildrändern) herauszurechnen (Parallaxenfehler), kann ein Bild mit einem (bekannten) Raster in verschiedenen, definierten, Entfernungen mit der Kamera aufgenommen werden. Danach kann die Verzerrung aufgrund der Abbildung der bekannten Koordinaten der Rasterpunkte durch Interpolation sowohl in der Ebene als auch in der Tiefe (verschiedene Entfernungen) exakt (bzw. genau genug) bestimmt werden.To eliminate the distortion caused by the lens of the high-speed camera (at the edges of the image) (parallax error), an image can be taken with a (known) raster at different, defined, distances with the camera. Then the distortion due to the mapping of the known coordinates of the halftone dots can be determined exactly (or exactly enough) by interpolation both in the plane and in the depth (different distances).

Der Energieverlust parallel zum Strahlengang wird analog zum bisherigen Verfahren nicht betrachtet – wäre aber bei einer 3d-Aufnahme ermittelbar (s. o.).The energy loss parallel to the beam path is not considered analogous to the previous method - but would be determined in a 3d-recording (see above).

Um Bewegungsunschärfe durch zu lange Shutterzeiten aufgrund von zu geringer Lichtintensität aus dem Szintillator zu kompensieren, kann die Auswertesoftware mittels diverser Filter (z. B. Erosion) die Auswertung auf die Schwerpunktgeschwindigkeiten der Fragmente beschränken.In order to compensate for motion blurring due to too long shutter times due to insufficient light intensity from the scintillator, the evaluation software can limit the evaluation to the center-of-gravity speeds of the fragments by means of various filters (eg erosion).

In den 1A, 1B, 1C, 1D sind die erfindungsgemäße Messanordnung und der Prozessablauf dargestellt.In the 1A . 1B . 1C . 1D the measuring arrangement according to the invention and the process flow are shown.

1A zeigt die Messanordnung. In einer Röntgenröhre 1 wird ein Röntgenstrahl 6 erzeugt. Im Strahlengang des Röntgenstrahls 6 befindet sich ein Gelatineblock 2 und dahinter ein Szintilator 3, wobei der Szintilator 3 im Strahlengang zwischen dem Gelatineblock 2 und einer Highspeed-Kamera 4 angeordnet ist. Die Highspeed-Kamera 4 ist mit einem Auswertecomputer 5 bzw. einer Auswerteeinheit verbunden. Die Schussachse 7 des Geschosses befindet sich senkrecht zur Bildebene, wobei der Schuss in den Gelatineblock 2 eindringt und unter Abgabe seiner Energie an die Gelatine abgebremst wird. Die Highspeed-Kamera 4 befindet sich vorteilhaft nicht im optischen Strahlengang, wie hier gezeigt. In diesem Fall wird der Röntgenstrahl 6 durch einen hier nicht gezeigten Umlenkspiegel auf die Highspeed-Kamera 4 fokussiert. 1A shows the measuring arrangement. In an x-ray tube 1 becomes an x-ray 6 generated. In the beam path of the X-ray 6 there is a gelatin block 2 and behind it a scintillator 3 , where the scintillator 3 in the beam path between the gelatin block 2 and a high-speed camera 4 is arranged. The high-speed camera 4 is with an evaluation computer 5 or an evaluation unit connected. The firing axis 7 of the projectile is perpendicular to the image plane, with the shot in the gelatin block 2 penetrates and is braked by releasing its energy to the gelatin. The high-speed camera 4 is advantageously not in the optical path, as shown here. In this case, the X-ray beam 6 by a deflecting mirror, not shown here on the high-speed camera 4 focused.

1B zeigt in einer Momentaufnahme nach dem Eindringen eines Geschosses in den Gelatineblock 2 und dessen drei Fragmente m1, m2 und m3 an einem Ort X11, X12 und X13 zu einem bestimmten Zeitpunkt t. Im Bild daneben sind dieselben Fragmente m1, m2 und m3 zu einem späteren Zeitpunkt t + delta_t gezeigt. Delta_t ist die Framerate bzw. zeitliche Auflösung der Videoaufzeichnung. Die Geschossfragmente befinden sich dann an den Orten X21, X22 und X23. Ganz rechts ist die Verallgemeinerung gezeigt. Die Fragmente m1, m2 und m3 befinden sich zu einer Zeit t + delta_t an den Orten XN1, XN2 und XN3. 1B shows in a snapshot after the penetration of a bullet in the gelatin block 2 and its three fragments m1, m2 and m3 at a location X11, X12 and X13 at a certain time t. In the picture next to it the same fragments m1, m2 and m3 are shown at a later time t + delta_t. Delta_t is the frame rate or temporal resolution of the video recording. The bullet fragments are then located at locations X21, X22 and X23. On the far right the generalization is shown. The fragments m1, m2 and m3 are located at the time points t + delta_t at the locations XN1, XN2 and XN3.

In 1C ist die Geschwindigkeitsbestimmung v11, v12 und v13 jedes Geschossfragments m1, m2, m3 dargestellt. Da die jeweiligen Abstände der gemessenen Positionen delta_x und die Zeitdifferenzen delta_t bekannt sind, berechnet sich daraus die jeweilige Einzelgeschwindigkeit v aus v = delta_x/delta_t. Diese Berechnung geschieht fortlaufend in den Zeitabständen delta_t (Framerate der Videoaufnahme) im Auswertecomputer 5.In 1C the velocity determination v11, v12 and v13 of each floor fragment m1, m2, m3 is shown. Since the respective distances of the measured positions delta_x and the time differences delta_t are known, the respective individual speed v is calculated therefrom from v = delta_x / delta_t. This calculation is performed continuously in the time intervals delta_t (frame rate of the video recording) in the evaluation computer 5 ,

Zuletzt (siehe 1D) wird aus den Einzelgeschwindigkeiten vij aller Geschossfragmente und deren Massen mj die Gesamtenergie Ei aller Frames aus den Einzelgeschwindigkeiten vij bestimmt. Anschließend wird der Energieverlust ΔE pro einzelnem Frame aus der Gesamtenergie E(i) pro Frame ermittelt und diese Energieverluste über alle Frames summiert.Last (see 1D ), the total energy E i of all frames from the individual velocities v ij is determined from the individual velocities v ij of all projectile fragments and their masses m j . Subsequently, the energy loss ΔE per individual frame is determined from the total energy E (i) per frame and these energy losses are summed over all frames.

Das Auswerteverfahren bzw. die Messung endet, wenn das Geschoss oder alle Geschossfragmente im Gelatineblock 2 zum Stillstand gekommen sind oder den Gelatineblock 2 verlassen haben.The evaluation process or the measurement ends when the projectile or all projectile fragments in the gelatin block 2 have come to a standstill or the gelatin block 2 have left.

Claims (15)

Messanordnung zur Ermittlung der abgegebenen Gesamtenergie von Geschossen in einem Weichziel, mit einem Gelatineblock (2) in der Schussachse (7) des Geschosses, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelatineblock (2) im Strahlengang (6) einer Röntgenquelle (1) angeordnet ist, dessen Strahlengang (6) senkrecht zur Schussachse (7) verläuft und im Strahlengang (6) hinter dem Gelatineblock (2) ein Röntgendetektor oder ein Szintillator (3) angeordnet ist.Measuring arrangement for determining the total energy output of projectiles in a soft target, comprising a gelatin block ( 2 ) in the firing axis ( 7 ) of the projectile, characterized in that the gelatin block ( 2 ) in the beam path ( 6 ) an X-ray source ( 1 ) is arranged, the beam path ( 6 ) perpendicular to the firing axis ( 7 ) and in the beam path ( 6 ) behind the gelatin block ( 2 ) an x-ray detector or a scintillator ( 3 ) is arranged. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgendetektor mit einem Auswerte-Computer (5) verbunden ist.Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the X-ray detector with an evaluation computer ( 5 ) connected is. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im optischen Strahlengang des Szintillators (3) zumindest eine Highspeed-Kamera (4) angeordnet ist, die mit einem Auswerte-Computer (5) verbunden ist.Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that in the optical beam path of the scintillator ( 3 ) at least one high-speed camera ( 4 ) arranged with an evaluation computer ( 5 ) connected is. Messanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im optischen Strahlengang des Szintillators (3) ein Umlenkspiegel angeordnet ist und sich die zumindest eine Highspeed-Kamera (4) im umgelenkten optischen Strahlengang befindet.Measuring arrangement according to claim 3, characterized in that in the optical beam path of the scintillator ( 3 ) a deflection mirror is arranged and the at least one high-speed camera ( 4 ) is located in the deflected optical path. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenquelle (1) eine kontinuierliche Röntgenquelle oder eine Röntgenblitzquelle (getaktete Röntgenquelle) ist.Measuring arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the X-ray source ( 1 ) is a continuous X-ray source or an X-ray flash source (clocked X-ray source). Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Computertomographen zur Bestimmung der Form der Geschossfragmente.Measuring arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized by a computer tomograph for determining the shape of the projectile fragments. Verfahren zur Ermittlung der abgegebenen Gesamtenergie von Geschossen mit einer Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass ab Eindringen des Geschosses in den Gelatineblock (2) bis zu seinem oder bis zum Stillstand aller Geschossfragmente oder bis zum Austritt des Geschosses oder der Geschossfragmente aus dem Gelatineblock (2) über eine Highspeed-Röntgenographie die in einem bestimmten Zeitraum delta_t (Frame) zurückgelegte Wegstrecke delta_x des Geschosses oder aller Geschossfragmente bestimmt wird und daraus die im Zeitraum delta_t gewesene Geschwindigkeit v berechnet wird aus v = delta_x/delta_t, – dass die Masse m des Geschosses oder aller Geschossfragmente bestimmt wird, – dass aus dem Produkt 0,5·m·v2 die Gesamtenergie E aller Frames aus den Einzelgeschwindigkeiten berechnet wird, – dass der Energieverlust pro einzelnem Frame aus der Gesamtenergie pro Frame ermittelt wird und – die Summe aller Energieverluste die abgegebene Gesamtenergie darstellt.Method for determining the total energy output of projectiles with a measuring arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized in that, as from the penetration of the projectile into the gelatin block ( 2 ) until its or until the standstill of all projectile fragments or until the exit of the projectile or projectile fragments from the gelatin block ( 2 ) is determined by means of a high-speed X-ray, the distance delta_x of the projectile or of all projectile fragments covered in a given period of time delta_t (frame) and from this the velocity v which has been measured in the period delta_t is calculated from v = delta_x / delta_t, - that the mass m of the projectile or of all projectile fragments is determined, that is calculated from the product 0.5 · m · v 2 the total energy E of all frames from the individual speeds, - that the energy loss per individual frame from the total energy per frame is determined and - the sum of all energy losses represents the total energy output. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der sichtbaren Projektionsfläche des Geschosses oder der Geschossfragmente deren Volumen V und über die bekannte Dichte des Materials des Geschosses oder der Geschossfragmente deren Masse m bestimmt wird aus m = Dichte·Volumen.A method according to claim 7, characterized in that from the visible projection surface of the projectile or the Projectile fragments whose volume V and on the known density of the material of the projectile or the projectile fragments whose mass m is determined from m = density · volume. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeiten, die Einzelenergien und die Gesamtenergie mit einer an sich bekannten Tracking-Software ermittelt wird, die auf den Auswerte-Computern (5) läuft.A method according to claim 7 or 8, characterized in that the speeds, the individual energies and the total energy is determined by a known per se tracking software on the evaluation computers ( 5 ) running. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenkontrast zur Ermittlung der Masse des Geschosses oder der Geschossfragmente verwendet wird, wobei der Röntgenkontrast das Produkt aus der Dichte des Materials des Geschosses oder der Geschossfragmente und der Materialdicke ist.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the X-ray contrast is used to determine the mass of the projectile or the projectile fragments, wherein the X-ray contrast is the product of the density of the material of the projectile or the projectile fragments and the material thickness. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schuss bevorzugt durch einen Computertomographen die exakte Form des Geschosses oder der Geschossfragmente und daraus das Volumen und damit die Masse bestimmt wird.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that after the shot preferably by a computer tomograph, the exact shape of the projectile or the projectile fragments and from the volume and thus the mass is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur von Parallaxenfehlern über eine Ermittlung der Verzerrung durch ein Kalibrier-Raster an verschiedenen Stellen im Strahlengang und Interpolation zwischen diesen Stellen erfolgt.Method according to one of claims 7 to 11, characterized in that a correction of parallax errors via a determination of the distortion by a calibration grid at different locations in the beam path and interpolation between these points. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung lediglich die Schwerpunktgeschwindigkeiten gemessen werden.Method according to one of claims 7 to 12, characterized in that only the center of gravity speeds are measured for the evaluation. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12 mit zumindest zwei Highspeed-Kameras (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen von zwei zueinander versetzt angeordneten Highspeed-Kameras (4) durchgeführt werden.Method according to one of claims 7 to 12 with at least two high-speed cameras ( 4 ), characterized in that the measurements of two mutually offset high-speed cameras ( 4 ) be performed. Verwendung eines Gelatineblocks (2), einer Röntgenquelle (1), eines Szintillators (3), einer Highspeed-Kamera (4) und eines Auswerte-Computers (5) mit einer Tracking-Software zur Ermittlung der abgegebenen Gesamtenergie von Geschossen bzw. deren Geschossfragmenten in dem Gelatineblock (2).Use of a gelatin block ( 2 ), an X-ray source ( 1 ), a scintillator ( 3 ), a high-speed camera ( 4 ) and an evaluation computer ( 5 ) with tracking software for determining the total energy output of projectiles or their projectile fragments in the gelatin block ( 2 ).
DE102014009151.1A 2013-06-26 2014-06-25 High-speed radiography for determining the energy emitted by projectiles Withdrawn DE102014009151A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014009151.1A DE102014009151A1 (en) 2013-06-26 2014-06-25 High-speed radiography for determining the energy emitted by projectiles

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013010597 2013-06-26
DE102013010597.8 2013-06-26
DE102014009151.1A DE102014009151A1 (en) 2013-06-26 2014-06-25 High-speed radiography for determining the energy emitted by projectiles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014009151A1 true DE102014009151A1 (en) 2014-12-31

Family

ID=52017440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014009151.1A Withdrawn DE102014009151A1 (en) 2013-06-26 2014-06-25 High-speed radiography for determining the energy emitted by projectiles

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014009151A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017000486A1 (en) 2016-01-21 2017-07-27 Carl Gremse System and method for the ballistic examination of projectiles
US20220317009A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Method for computed tomography examination of fragments in gel block

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017000486A1 (en) 2016-01-21 2017-07-27 Carl Gremse System and method for the ballistic examination of projectiles
DE102017000486B4 (en) 2016-01-21 2023-08-31 Carl Gremse System and method for ballistic testing of projectiles
US20220317009A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Method for computed tomography examination of fragments in gel block

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2166526C3 (en) Device for imaging an object by means of electromagnetic or corpuscular radiation of high energy with an evaluation device which has a decoding device for signals coded as a function of an image dimension
EP1711800B1 (en) Method and device for determining the material of an object
DE102011076781B4 (en) Method for correcting a counting rate drift in a quantum-counting detector, X-ray system with quantum-counting detector and circuit arrangement for a quantum-counting detector
WO2003079903A9 (en) Computer tomograph comprising energy discriminating detectors
DE102013218692A1 (en) Detection of X-rays
DE10306008A1 (en) Apparatus for measuring the absorption dose distribution
DE102013108367A1 (en) Apparatus and method for recording radiographic images in a computer tomography
DE102014009151A1 (en) High-speed radiography for determining the energy emitted by projectiles
DE112012005517T5 (en) Methods and apparatus for measuring the effective atomic number of an object
DE102017000486B4 (en) System and method for ballistic testing of projectiles
DE102011013600A1 (en) Processing of the ion current measured values in time-of-flight mass spectrometers
DE4316083B4 (en) Radiometric measuring device for thickness measurements
DE102019129868A1 (en) Method and device for processing an optically reactive material
DE102012103524A1 (en) Method for recording image of scene and/or object, involves widening laser beam to produce unscattered light beam, illuminating and/or screening scene with unscattered light beam to produce shadow image of scene, and recording shadow image
DE1798241A1 (en) Method and device for determining the mean size of solid particles in a fluid
DE1939604A1 (en) Device for examining the radiation distribution of an extensive radiation source
WO2014198248A2 (en) Plenoptic imaging method
DE102013210192A1 (en) Apparatus and method for automatic X-ray inspection of a test object in motion
DE2400013C3 (en) Method for examining running turbo machines by means of X-rays
EP3052966B1 (en) X-ray detector
DE19900878A1 (en) Process for the analysis of a primary neutron beam from a neutron source, neutron source with a beam monitor and beam monitor
DE19606809C1 (en) Energy distribution measurement device for linear accelerator photon field
DE60036161T3 (en) Method for taking X-ray images
DE962206C (en) Apparatus for spectrochemical analysis and structural analysis of solids, liquids and gases by means of X-rays
DE102017130072A1 (en) Pulse-resolving photoelectron spectrometer and method for pulse-resolving photoelectron spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee